放顶煤工作面顶煤破碎机理及提高回收率技术的研究

宋亮

摘 要：尽管经济不断发展，对资源利用的总量、类型和方式等都提出了新的要求，但是煤炭依旧是生产生活中应用最为基础的、广泛的能源。随着科学技术的不断发展，煤炭开采业的技术也在不断优化，但是仍旧有进一步发展的空间。放顶煤因为可以较好的解决传统的分层开采技术中出现的细节问题，所以放顶煤在担心该的开采业中应用范围不断扩大。放顶煤工作面顶煤破碎机理是提高放顶煤质量的基础和关键，在进行放顶煤工作中涉及到的各种因素，也可以作为回收率技术提高的重要内容。文章就当下的放顶煤工作现状进行分析，提出了建议和对策。

关键词：破碎机理;回收利用;工作面迁移;煤体间距

中图分类号：TD823.49 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）08-0175-02

0 引言

放顶煤是指在厚煤层中沿着整个煤层的底板布置一个高度在一米八以上的工作面，通常都是采用常规的方式来进行回采，也就是所谓的打眼放炮或者是采煤机的落煤，在利用矿山的压力来时的支架上方的顶煤可以破碎成散体，将工作的软绵放出来，进行厚煤层的一次性采集。

1 放顶煤工作面的破碎机理和回收的应用现状

近几年，许多矿业的集团公司都在引进放顶煤的采全高的新工艺，在实际施工中也针对取得了良好的效果。不仅是因为实现了高产量和高效益的目标，也较低了巷道的挖掘效率以及材料消耗等各方面的成本，所以经济效益非常显著。在施工过程中，也减少了工作面根据施工的位置变化不停的进行变动，所以提高了全员的效率，提高了人力物力的利用率，在煤炭的生产中得到了普遍的推广和应用[1]。实践证明，采用放顶煤方法来开采缓慢倾斜的厚煤层，比分层开采的方式要更能集中生产力，并且强度也可以保持在较高的水平，减少整个巷道的工程量，将资源进行高效率的回收。我国的综合采放顶煤的技术起步较晚，虽然现在在全国的应用已经大面积拓展，但是技术仍旧需要进一步优化提高。但是，经过近20年的应用生产实践，也的确有相当一部分工作面的效益不太理想，有许多亟待解决的问题。根据统计的数据显示，在放顶煤的工作面中，影响生产的不仅仅是具体的工作程序，还有应用技术。传统的割煤和移架工序的问题，经过发展变化，已经上升成了放煤工序的问题。在影响放煤效果的各种因素的调查中，得出不同因素的不同影响程度，但主要是顶煤的破碎程度影响最大[2]。放顶煤的综采可以较好的解决问题，因为该技术可以将分层开采所需要的分层开采两一次性采集完，在煤层的底部按照传统的方式开采之后，便可以用重力的自然因素等来时的顶部煤炭自动落下来。支撑压力对顶煤起着预压裂的作用，当煤体中的内力强国可供支撑的强度极限时，煤体就会产生裂隙，只有当煤体处于压力相互平衡的状态下，才能保证整体的完整性。工作面的支架和反复支撑，可以将顶煤进一步破碎的范围扩大，提高顶煤放置的效率。在上方裂隙产生张开和闭合的作用之下，其实产生的作用的大小和反复支撑次数有较大的关系。根据顶煤中的应力、变形和破坏发展的规律，可以沿着走向分为几个不同的区域。

2 放顶煤工作面的破碎机理和回收的应用

2.1 主要因素

影响的主要因素有开采深度、煤层强度、支护强度以及煤层厚度等各种。开采深度中的工作面的顶煤破碎，是需要在合适的垂直应力以及开采深度下的，高度达到两百米以上时，工作面前方的顶煤均需要进行预破碎的预测，以及采煤深度增大的调查，将顶部可以开采的区域进行平衡放大。而煤层的深度则是因为，煤体破坏的实质是其受到的应力超过了其强度的极限。一般来说，煤体的强度越大，就会越难被破坏，无法解决煤层强度，就会影响顶煤自降的质量。顶煤在不同的支架阻力的情概况下，破煤的效果时截然不同的。经过调整支架的阻力后发现，支架的阻力较小的时候，顶煤可以更容易在煤壁的上方发生破坏[3]。但是当支架的阻力较大时，就会破坏使用支架的后部，破碎的程度和范围都会越大。顶煤的整体破碎程度和支护的强度之间，有一套可供参考的数据计算模式。而一般来讲，如果煤层的强度足够低，而顶煤的厚度足够大，就更加容易产生剪切破坏和水平位移的作用。顶煤的厚度处理和维护的难度较大，经常会因为不正当的操作造成整个采集工程的功亏一篑。在支护区的上方顶煤有一定的厚度，是对工作面工作空间顶板稳定性是有力的。如果顶煤的厚度加大之后，顶煤的破碎程度就要进一步降低，缓冲了支架的作用，所以煤层的厚度和整体破碎度之间也有定量关系。

2.2 放顶煤工艺参数

放顶煤通常是经过移动支架等来进行可打眼的爆破，但是这种放顶煤的强度、步距等都有一定的标准。放顶煤是綜放开采的关键工序，应该确定放煤工艺参数和放煤顺序。放煤的步距实际上就是指，在工作面的推进方向，将两次放顶煤间的推进距离，也就是循环放煤步距。在确定放煤步距的过程中，需要是的顶煤的破碎和松散等需要控制在合理的范围内，提高了采出率。放煤的步距和煤的软硬程度以及层节理发育等都有密切的联系[4]。在确定放煤的步距时，需要考虑到支架的结构以及放煤口的位置。进过一次性的放煤后，松散的煤体也有自身的活动规律，会受到放煤漏斗等的影响。但是放煤的步距数据要想保证科学性，就需要通过复杂的计算和作图等方法来进行确定。放煤口的间距大小的作用和放煤的步距作用相抵，只要间距过大，煤炭的损失量就会增加;但是间距太小，就会使得煤炭的质量较低，所以控制间距的大小是非常重要额步骤。放煤口的高度也是影响煤炭回收率的重要因素，当放煤扣得高度较高时，放煤的体积就会减少。但是又必须高于输送机的高度，否则就会出现装煤困难等问题。无论是放煤口的间距和高度，都需要控制在合理的范围之内，都有不同程度的限制。而放煤的方式则是针对工作面的煤炭采出率而言的，对总的放煤速度和正规循环的完成度产生影响的部分。放煤的方式一般包括放煤顺序和一次性顶煤的放出量。即便是采用放顶煤的方式，也可以采取单轮顺序的放煤或者是多轮顺序的放煤等。

3 放顶煤工作面的破碎机理和回收的应用问题和措施

在放顶煤的过程中，经常会出现亟待解决的问题，很多都会造成放煤的不正常。碎煤如果成拱形，就会放不下来;如果是每块的体积过大，大块的煤堵在放煤口，也会导致煤采集的失败。在处理顶煤破碎的过程中，常用的方式便是通过摆动支架的尾梁，也可以通过升降支架来解决。但是不同的问题的解决方式也不同，如果选择的方式不当，也会使得解决问题的工具遭受不同程度的损害。在工作面顶板稳定的条件之下，也可以适当的摆动支架来将顶煤进行松动破碎。遇到大块的煤体时，应该采用打眼爆破的方式，防治在工作面端头因为输送机的过煤高度产生阻碍的煤块[5]。而在解决问题的措施研究中，也有许多有力的措施。如适当加大工作面长度，根据不同工作面长度的数值表明，随着工作面的推进，支撑的压力也会不断增大。所以可以尽可能的加大工作面的长度，有利于对顶煤初始破坏，提高采出率和工作面的产量。也需要缩小区段之间的煤柱的尺寸，煤柱的尺寸过大就会影响整个煤炭开采的流畅度，但是煤柱较小就会造成煤炭开采过程中出现危险的风险系数扩大。要想加强工作面初采的质量，就需要你找规定的要求操作，减少工艺过程中的丢煤损失。工作面的煤炭开采效率和工人的素质以及生产管理水平等因素都相关。人为因素在整个过程中，解决的难度较低，所以必须尽可能的减少人为原因的影响。

4 放顶煤工作面的破碎机理和回收的应用建议

实现顶煤的有效破碎和顺利放出是放顶煤的核心问题，也是在进行支架选型和确定放顶煤工艺的重要依据。在采用放顶煤开采中，首先需要了解顶煤的破碎机理和顶煤的自然落下的高度，确保需要开采的煤层真的具有可放性的特点，保证施工中的各种应用可以最大限度的提高煤炭的回收率，最终实现高产降耗的目的。放煤的工作面在回采的过程中，是需要根据采煤的工作面压力分布来确定应力的集中区，根据煤层自身具有的支撑压力的度，来采取不同强度的安排。顶煤破碎是支撑压力、顶板活动等共同作用的结果[6]。

随着工作面的继续推进，支架的反复支撑对工作面支架的顶煤直接起到直接作用，压力的周期性变化会使得压力的作用更加明显，利用得到就可以对顶煤的破坏起到进一步的发展，但是运用不当便会使得整个开采的过程难度系数都直接上升。根据应力分布规律和工作面开采的各种共同作用，工作面推进的方向分为完整区、破坏发展区、裂隙发育区以及垮落破碎区等各个部分。不同区域有着各自的区域特性，工作面应该根据不同区域的特性来为整个实践过程提供科学的依据，达到放顶煤的工作面的预期效果。

放顶煤的高度的合理确定需要在一定范围内，顶煤的最大可放高度也需要通过相关数据来进行分析确定。根据已经收集到的各种数据显示，煤层高度的增加会减少顶煤裂隙的扩容系数，在后期的施工中影响具体坡面的递减速率，影响形成暂时稳定状态的时间。

5 结语

综上所述，新时代下的工业发展，一直都很注重经济效益和生态效益的相互平衡，所以对于工业发展中的资源使用以及资源回收利用等，都提高了重视程度。放顶煤工作面的开采技术，是在传统的分层开采技术上发展而来的，因为传统的分层技术中会因为人力财力物力等的额外投入，增加相应的生产成本，而且生产的技术并没有减少，所以性价比较低，被逐渐淘汰。

参考文献

[1] 宋传文.放顶煤工作面顶煤破碎机理及提高回收率技术的研究[D].山东科技大学，2017.

[2] 李晨.公乌素矿综放工作面顶煤破碎机理及回收率研究[D].内蒙古科技大学，2013.

[3] 阴磊.公烏素煤矿1604放顶煤工作面采煤关键参数研究[D].内蒙古科技大学，2013.

[4] 郝雷，武光辉，袁西亚，等.厚煤层综放工作面顶煤冒放性及回收率分析[J].陕西煤炭，2015（2）：29-30.

[5] 张伟.厚煤层综放工作面顶煤冒放特征及其评价研究[D].河南理工大学，2014.

[6] 左学胜，夏洁，阎照斌.基于可拓工程方法的舰空导弹作战通道性能分析[J].指挥控制与仿真，2016，28（6）：60-62.

[7] 陈涛，郭院成，杨万全，等.基于可拓工程方法的公路建设项目综合评价[J].中外公路，2016，28（4）：262-265.